4.2.1.2. Индуцированный канал
Конструкция МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа показана на рис. 4.6, а. Канал проводимости, обеспечивающий протекание тока за счет движения носителей заряда от истока к стоку, в данной структуре изначально (на заводе) не создается. В связи с этим, обратим внимание, что области истока и стока отделены от подложки p-типа и друг от друга изолирующим слоем p-n-переходов. Другими словами, исток и сток гальванически сейчас не связаны. Очевидно, что приложение напряжения между контактами стока С и истока И не вызовет появления тока стока ввиду отсутствия канала проводимости.
а) б) в)
Рис. 4.6. Конструкция планарного МOП-транзистора с индуцированным n-каналом (а), семейства его стоковых (б) и стоко-затворных характеристик (в)
Для того, чтобы электроны имели возможность переходить от истока к стоку, необходимо искусственно создать (индуцировать) канал длиной d c проводимостью n-типа, в котором электроны являются основными носителями. Эта возможность может быть реализована за счет так называемого эффекта поля [4], который заключается в следующем.
Подадим положительный потенциал з на металлический контакт затвора З, так что нем появится положительный заряд.
Вспомним, что в подложке р-типа имеются основные носители – дырки, а также – неосновные носители – электроны.
Электрическое поле положительного заряда затвора за счет явления электростатической индукции (через слой диэлектрика) силами кулоновского взаимодействия подтягивает электроны из объема подложки под слой окисла, отделяющий металлический контакт З от полупроводника. Заметим, что это же поле отталкивает из-под слоя окисла дырки, заставляя их дрейфовать вглубь р-подложки.
Если подтянувшихся к поверхности электронов будет достаточное количество, то приповерхностный слой полупроводника (под диэлектриком) не только обогатится электронами, но даже изменит тип проводимости: под пленкой окисла образуется канал n-типа, как проводник, который соединит исток и сток, аналогично транзистору ПТИЗ со встроенным каналом.
Другими словами, n-канал образуется (индуцируется) при определенном + потенциале затвора благодаря притягиванию электронов из полупроводниковой подложки р-типа. За счет подтягивания электронов под слоем окисла (под контактом затвора) в приповерхностном слое полупроводника происходит изменение знака проводимости этого приповерхностного слоя. Таким образом, индуцируется токопроводящий канал n-типа длиной d.
Проводимость образовавшегося канала n-типа возрастает по мере повышения приложенного к затвору напряжения положительной полярности, т.к. все больше и больше электронов подтягивается под слой диэлектрика.
Заметим, что входной ток от затвора в транзистор (через слой окисла) отсутствует, т.к. диэлектрик SiO2 имеет очень большое сопротивление.
Таким образом, транзистор с индуцированным каналом работает только в режиме обогащения канала электронами, после того, как потенциалом затвора формируется канал соответствующего типа проводимости. Напряжение затвора Uзи.пор, при котором образуется канал необходимого типа, называется пороговым (рис. 4.6, в).
После того, как канал образовался, работу транзистора и его ВАХ следует анализировать так же, как и транзистор со встроенным каналом.
Условные обозначения МДП-транзисторов указаны на рис. 4.7.
Рис. 4.7. УГО МДП-транзисторов со встроенным каналом n-типа (а) и выводом от подложки (в); со встроенным каналом p-типа (б) и выводом от подложки (г); с индуцированным каналом n-типа (д) и выводом от подложки (ж); с индуцированным каналом p-типа (е) и выводом от подложки (з)
МДП-транзисторы могут быть изготовлены с каналом n- или р-типа.
МДП-транзистор (МОП-транзистор) представляет собой в общем случае четырехэлектродный прибор. Четвертым электродом (кроме И, З, С) является вывод от подложки П (исходной полупроводниковой пластины), выполняющий вспомогательную функцию, например, заземления.